(57)【要約】【課題】  腐食性を有する反応性ガスの流れによって境界端部が腐食されて摩耗してしまうことを防止する反応装置を提供する。【解決手段】  大略キャップ状の蓋部材２０と、蓋部材２０が載置される基台容器１０と、蓋部材２０と基台容器１０との間の境界部分Ｇで挟持されるシール部材５０と、を備えて、腐食性流体Ｆが、蓋部材２０の内壁面２４から基台容器１０の内壁面１４に沿って流動する反応装置１において、蓋部材２０の内壁面２４の境界端部２８には、腐食性流体Ｆが上記境界部分Ｇに回り込むことを防止する突出部４０が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大略キャップ状の蓋部材と、
蓋部材が載置される基台容器と、
蓋部材と基台容器との間の境界部分で挟持されるシール部材と、を備えて、
腐食性流体が、蓋部材の内壁面から基台容器の内壁面に沿って流動する反応装置において、
蓋部材の内壁面の境界端部には、腐食性流体が上記境界部分に回り込むことを防止する突出部が設けられていることを特徴とする反応装置。
【請求項２】
前記突出部は、基台容器の境界端部まで突出していることを特徴とする、請求項１記載の反応装置。
【請求項３】
前記突出部は、内方に向けて突出していることを特徴とする、請求項１記載の反応装置。
【請求項４】
前記突出部は、基台容器の境界端部まで突出しているとともに、内側に向けて突出していることを特徴とする、請求項１記載の反応装置。
【請求項５】
前記突出部は、基台容器の反対側が切り欠かれた傾斜面を有することを特徴とする、請求項３又は４記載の反応装置。
【請求項６】
前記突出部の突出高さは、１ｍｍ乃至１０ｍｍであることを特徴とする、請求項１記載の反応装置。
【請求項７】
前記腐食性流体は、腐食性ガスそして／又はそのプラズマであることを特徴とする、請求項１記載の反応装置。
【請求項８】
前記蓋部材は、セラミック製であることを特徴とする、請求項１記載の反応装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバー内部で腐食性流体が使用される半導体製造装置等の反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等の反応装置では、スパッタリング工程やエッチング工程において、腐食性ガスやプラズマ等の腐食性を有する反応性流体が使用されている。
【０００３】
図１に示すように、従来技術に係る反応装置１０１は、基台容器１１０と蓋部材１２０とを備えており、密閉された処理空間１２６をその内部に有している。
【０００４】
基台容器１１０は、試料１３４を載置するための支持テーブル１３２と、反応性ガスＦ’を試料１３４の近傍に供給するためのガス供給ノズル１１２と、真空ポンプ１３０と、を備えている。その内壁面１１４は、ガス供給ノズル１１２や真空ポンプ１３０といった各種部材を取り付けることができるように、アルミニウム等の金属材料といった易加工性材料から構成されているが、様々な部材が取り付けられているために容易に交換できない構造になっている。
【０００５】
蓋部材１２０は、大略ドーム形状をしており、耐食性に優れているアルミナやイットリア等のセラミック材料から構成されている。
【０００６】
基台容器１１０の上端部１１８のシール面１１９と、蓋部材１２０の下端部１２８のシール面１２９との間には、図２に示すように、Ｏリング１５０が介在されている。真空ポンプ１３０で真空引きすることによって、上記処理空間１２６は真空等の気密空間となっている。
【０００７】
試料１３４の近傍に供給された反応性ガスＦ’は、蓋部材１２０の頂部から内壁面１２４に沿って下向きに流動して、蓋部材１２０の下端部１２８の内壁面１２４、基台容器１１０の上端部１１８の内壁面１１４に沿って流動する。
【０００８】
しかしながら、図２に示すように、蓋部材１２０の下端部１２８の内壁面１２４と、基台容器１１０の上端部１１８の内壁面１１４とは、通常、同一面上に（すなわち内径寸法が同じであるように）構成されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照。）。そして、反応性ガスＦ’は、基台容器１１０の上端部１１８と蓋部材１２０の下端部１２８との間に形成された隙間Ｇ’に回り込んだり、基台容器１１０の上端部１１８のエッジ部に接触したりする。その結果、金属材料から構成されている基台容器１１０の上端部１１８のシール面１１９やエッジ部といった境界端部が、反応性ガスＦ’によって腐食されて摩耗してしまうという問題がある。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−２４７７２６号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１９３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明の解決すべき技術的課題は、腐食性を有する反応性ガスの流れによって境界端部が腐食されて摩耗してしまうことを防止する反応装置を提供することである。
【課題を解決するための手段および作用・効果】
【００１１】
上記技術的課題を解決するために、本発明によれば、
大略キャップ状の蓋部材と、
蓋部材が載置される基台容器と、
蓋部材と基台容器との間の境界部分で挟持されるシール部材と、を備えて、
腐食性流体が、蓋部材の内壁面から基台容器の内壁面に沿って流動する反応装置において、
蓋部材の内壁面の境界端部には、腐食性流体が上記境界部分に回り込むことを防止する突出部が設けられていることを特徴とする反応装置が提供される。
【００１２】
上記構成によれば、蓋部材の内壁面の境界端部に設けられた突出部によって、腐食性流体が境界部分に回り込んで境界部分を腐食することが防止される。
【００１３】
突出部は、基台容器の境界端部まで突出している。このように構成することにより、蓋部材と基台容器との間の境界部分を覆って、腐食性流体が境界部分に入り込むことが防止される。
【００１４】
突出部は、内方に向けて突出している。このように構成することにより、腐食性流体の流れの向きが変えられて、腐食性流体が基台容器の境界端部と接触することが防止される。
【００１５】
突出部は、基台容器の境界端部まで突出しているとともに、内側に向けて突出している。このように構成することにより、腐食性流体が境界部分に入り込むこと及び腐食性流体が基台容器の境界端部と接触することの両方が防止される。
【００１６】
突出部は、基台容器の反対側が切り欠かれた傾斜面を有する。このように構成することにより、腐食性流体が内方の中心に向かって流動しやすくなるので、腐食性流体が基台容器の境界端部と接触することがさらに防止される。
【００１７】
反応装置の大きさによって異なるが、突出部の突出高さは、例えば１ｍｍ乃至１０ｍｍである。
【００１８】
腐食性流体は、腐食性ガスそして／又はそのプラズマである。
【００１９】
蓋部材は、耐食性に優れている石英やステンレス製のものも使用可能であるが、好ましくは、さらに耐食性に優れているセラミック製のものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の第一実施形態に係る反応装置について、図３及び４を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
図３は、本発明の第一実施形態に係る反応装置の断面を模式的に示す図である。図４は、図３示した反応装置の境界端部を拡大した図である。
【００２２】
図３において、上下方向に延在する反応装置１は、基台容器１０と、基台容器１０の上に載置される蓋部材２０と、を備えている。反応装置１の内部には、上下方向に延在する密閉された処理空間２６が形成されていることから、図３に示した反応装置１は、いわゆる縦型の反応装置である。
【００２３】
大略円筒形状をした基台容器１０は、支持テーブル３２と、ガス供給ノズル１２と、真空ポンプ３０と、を備えている。基台容器１０の内壁面１４は、これらの各種部材を装着することができるように、アルミニウム等の金属材料といった易加工性材料から構成されている。基台容器１０の内径は、例えば、３００ｍｍ乃至５００ｍｍである。
【００２４】
支持テーブル３２は基台容器１０の中央部分に配置されている。支持テーブル３２には、半導体ウエハ等の試料３４が載置される。ガス供給ノズル１２は、反応性ガスＦを試料３４に向けて斜め上向きに吹き出すように配置されている。また、真空ポンプ３０は、基台容器１０の下部に配置されている。
【００２５】
ガス供給ノズル１２から吹き出す反応性ガスＦとしては、フッ素系や塩素系や臭素系といったハロゲン系の腐食性ガスが使用される。フッ素系の腐食性ガスとしては、ＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＣｌＦ３、ＮＦ３、Ｃ４Ｆ８、ＨＦ等である。塩素系の腐食性ガスとしては、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＢＣｌ３、ＣＣｌ４等である。臭素系の腐食性ガスとしては、Ｂｒ２、ＨＢｒ、ＢＢｒ３等である。これらのハロゲン系の腐食性ガスにアルゴンガス等の不活性ガスを混合した混合ガスも、反応性ガスＦに含まれる。
【００２６】
蓋部材２０は、大略ドーム形状をしており、耐食性に優れているアルミナやイットリアや窒化アルミニウム等のセラミック材料から構成されている。蓋部材２０の内径も、例えば、３００ｍｍ乃至５００ｍｍである。蓋部材２０の外周面には、誘導コイル２２が配置されており、試料３４の近傍にプラズマを生成させる際に使用される。
【００２７】
蓋部材２０の境界下端部２８には、円環状の突出部４０が設けられている。図４に示した突出部４０は、境界下端部２８の内壁面２４から中心側に向けて略水平方向に突出している。蓋部材２０の内径が３００ｍｍ乃至５００ｍｍである場合、内壁面２４からの突出部４０の突出高さは、例えば、１ｍｍ乃至１０ｍｍである。
【００２８】
図４に示すように、テフロン（登録商標）等からなるＯリング５０が、基台容器１０の境界上端部１８のシール面１９と、蓋部材２０の境界下端部２８のシール面２９との間の隙間Ｇで挟持されている。基台容器１０と蓋部材２０との間の隙間ＧにＯリング５０を介在させた状態で、反応装置１の内部を真空ポンプ３０等で真空引きすることによって、上記処理空間は、真空あるいは減圧された気密空間となる。
【００２９】
次に、このように構成された反応装置１を動作させたときに、反応性ガスＦがどのように流動するかについて説明する。
【００３０】
まず、反応性ガスＦの巨視的な流れについて説明する。反応性ガスＦが、試料３４に向けてガス供給ノズル１２から噴出する。試料３４の近傍に供給された反応性ガスＦは、蓋部材２０の頂部から内壁面２４に沿って下向きに流動する。そのあと、反応性ガスＦは、蓋部材２０の境界下端部２８の内壁面２４、基台容器１０の境界上端部１８の内壁面１４に沿って下向きに流動し、真空ポンプ３０で回収される。
【００３１】
次に、反応性ガスＦの局所的な流れについて説明する。蓋部材２０と基台容器１０との間の境界部分で下向きに流動する反応性ガスＦが突出部４０に衝突することによって、その流動方向が中心部への方向に変えられる。その結果、反応性ガスＦが、蓋部材２０と基台容器１０との間の隙間Ｇに入り込むことがなくなり、基台容器１０の境界上端部１８のエッジ部やシール面１９が腐食されるということが防止される。
【００３２】
次に、本発明の第二実施形態に係る反応装置１について、図３及び５を参照しながら詳細に説明するが、上記第一実施形態に係る反応装置１と同じ構成であって同じ作用をする部分についての説明を省略して、両者の相違点を中心に説明する。
【００３３】
図５は、第二実施形態に係る反応装置の境界端部を拡大した図である。
【００３４】
蓋部材２０の境界下端部２８には、円環状の突出部４０が設けられている。図５に示した突出部４０は、境界下端部２８から下向きに突出して、基台容器１０の境界上端部１８に対して部分的に重なり合っている。すなわち、突出部４０が隙間Ｇに対して蓋をしたような状態になっている。蓋部材２０の内径が３００ｍｍ乃至５００ｍｍである場合、内壁面２４からの突出部４０の突出高さは、例えば、１ｍｍ以上である。また、突出部４０と境界上端部１８とが重なり合った部分の幅は、例えば、０．５ｍｍ以上である。
【００３５】
このように構成された反応装置１の内部に反応性ガスＦを流動させた場合、反応性ガスＦの巨視的な流れは、上記第一実施形態のものと同じであるので省略するとともに、反応性ガスＦの局所的な流れについて説明する。
【００３６】
蓋部材２０と基台容器１０との間の境界部分で下向きに流動する反応性ガスＦの一部分が、横向きにすなわち外向きに流れようとしても、突出部４０によって反応性ガスＦの進路が妨害されてしまうので、その流動方向が下向きに変えられる。その結果、反応性ガスＦが、蓋部材２０と基台容器１０との間の隙間Ｇに入り込むことができなくなり、基台容器１０の境界上端部１８のエッジ部やシール面１９が腐食されるということが防止される。
【００３７】
次に、本発明の第三実施形態に係る反応装置１について、図３及び６を参照しながら詳細に説明するが、上記第一実施形態に係る反応装置１と同じ構成であって同じ作用をする部分についての説明を省略して、両者の相違点を中心に説明する。
【００３８】
図６は、第三実施形態に係る反応装置１の境界端部を拡大した図である。
【００３９】
蓋部材２０の境界下端部２８には、円環状の突出部４０が設けられている。図６に示した突出部４０は、境界下端部２８の内壁面２４から中心側（内方）に向けて略水平方向に突出しているとともに、その中心側（内方）の上部が斜めに切り欠かれることによって形成された傾斜面４２を備えている。蓋部材２０の内径が３００ｍｍ乃至５００ｍｍである場合、内壁面２４からの突出部４０の突出高さは、例えば、１ｍｍ乃至１０ｍｍである。傾斜面４２の角度は、好ましくは、水平面に対して３０乃至６０度である。
【００４０】
このように構成された反応装置１の内部に反応性ガスＦを流動させた場合、反応性ガスＦの巨視的な流れは、上記第一実施形態のものと同じであるので省略するとともに、反応性ガスＦの局所的な流れについて説明する。
【００４１】
蓋部材２０と基台容器１０との間の境界部分で下向きに流動する反応性ガスＦが突出部４０に衝突する際に、突出部４０の傾斜面２４に衝突することによって、その流動方向が中心部方向により滑らかに変えられる。その結果、反応性ガスＦが、蓋部材２０と基台容器１０との間の隙間Ｇに入り込むことがなくなり、基台容器１０の境界上端部１８のエッジ部やシール面１９が腐食されるということが防止される。
【００４２】
次に、本発明の第四実施形態に係る反応装置１について、図３及び７を参照しながら詳細に説明するが、上記第一実施形態に係る反応装置１と同じ構成であって同じ作用をする部分についての説明を省略して、両者の相違点を中心に説明する。
【００４３】
図７は、第四実施形態に係る反応装置１の境界端部を拡大した図である。
【００４４】
蓋部材２０の境界下端部２８には、円環状の突出部４０が設けられている。図７に示した突出部４０は、境界下端部２８から下向きに突出して、基台容器１０の境界上端部１８に対して部分的に重なり合っている。すなわち、突出部４０が隙間Ｇに対して蓋をしたような状態になっている。それとともに、突出部４０の下端部は、境界下端部２８の内壁面２４から内方の中心側に向けて略水平方向に突出しているとともに、その中心側（内方）の上部が斜めに切り欠かれることによって形成された傾斜面４２を備えている。蓋部材２０の内径が３００ｍｍ乃至５００ｍｍである場合、内壁面２４からの突出部４０の突出高さは、例えば、１ｍｍ以上である。また、突出部４０と境界上端部１８とが重なり合った部分の幅は、例えば、０．５ｍｍ以上である。また、傾斜面４２の角度は、好ましくは、水平面に対して３０乃至６０度である。
【００４５】
このように構成された反応装置１の内部に反応性ガスＦを流動させた場合、反応性ガスＦの巨視的な流れは、上記第一実施形態のものと同じであるので省略するとともに、反応性ガスＦの局所的な流れについて説明する。
【００４６】
蓋部材２０と基台容器１０との間の境界部分で下向きに流動する反応性ガスＦの一部分が、横向きにすなわち外向きに流れようとしても、突出部４０によって反応性ガスＦの進路が阻止される。さらに、蓋部材２０と基台容器１０との間の境界部分で下向きに流動する反応性ガスＦが、突出部４０の傾斜面２４に衝突するために、その流動方向が中心部方向により滑らかに変えられる。その結果、反応性ガスＦが、蓋部材２０と基台容器１０との間の隙間Ｇに入り込むことができなくなり、基台容器１０の境界上端部１８のエッジ部やシール面１９が腐食されるということが防止される。
【実施例】
【００４７】
次に、本発明に係る反応装置の効果を確認するために、以下のような実験を行った。
【００４８】
反応性ガスＦとしてのＳＦ６を流しながら、試料３４としてのシリコンウエハ上にＳｉＯ２の薄膜を形成して、その際に、基台容器１０の境界上端部１８の腐食状態と、成膜されたＳｉＯ２膜の厚みとを評価し、その結果を表１に示した。容器内の真空度は、約１×１０−２乃至１ｔｏｒｒ（すなわち、約１．３３乃至１３３Ｐａ）である。なお、表１において、試料番号１は、比較用の従来の面一タイプ（突出部を有しないタイプ）のものである。試料番号２乃至１２は、本発明に係る内方に突出した突出部１４を有するタイプのもの（上記実施形態１に対応）である。試料番号１３乃至２３は、本発明に係る下方に突出した突出部１４を有するタイプのもの（上記実施形態２に対応）である。
【００４９】
【表１】
2006286714.tif 000003
【００５０】
表１から分かるように、内方に突出した突出部１４を有するタイプのもの（試料番号２乃至１２）は、突出高さが１ｍｍ未満の場合、従来のものと同じように境界上端部１８が腐食されていた。突出高さが１０ｍｍ以下の場合、膜厚の均一性が保たれていたが、突出高さが１０ｍｍを越える場合、膜厚に大きなバラツキが生じていた。このことは、突出高さが大きくなると、反応性ガスＦの流れが悪くなって膜厚にバラツキを生じさせるようになったからだと考えられる。このことから、内方に突出した突出部１４の突出高さは、好ましくは１乃至１０ｍｍであり、さらに好ましくは３乃至８ｍｍである。
【００５１】
また、表１から分かるように、下方に突出した突出部１４を有するタイプのもの（試料番号１３乃至２３）は、突出高さが１ｍｍ未満の場合、従来のものと同じように境界上端部１８が腐食されていた。突出高さが１ｍｍを越える場合、腐食が少なかった上に、膜厚のバラツキがほとんど存在していなかった。このことは、下向きの突出高さが大きくなっても、反応性ガスＦの流れにあまり影響を及ぼさないからだと考えられる。このことから、下に突出した突出部１４の突出高さは、好ましくは１ｍｍ以上であり、さらに好ましくは３ｍｍ以上である。
【００５２】
なお、上記実施形態の反応装置１は、いずれも、処理空間２６が上下方向に延在する、いわゆる縦型のものであるが、処理空間２６が水平方向に延在する、いわゆる横型のものに対しても適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】従来技術に係る反応装置の断面を模式的に示す図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明の第一実施形態に係る反応装置の断面を模式的に示す図である。
【図４】図３の要部拡大図である。
【図５】第二実施形態に係る要部拡大図である。
【図６】第三実施形態に係る要部拡大図である。
【図７】第四実施形態に係る要部拡大図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  反応装置
１０  基台容器
１２  ガス供給ノズル
１４  内壁面
１８  境界上端部
１９  シール面
２０  蓋部材
２２  誘導コイル
２４  内壁面
２６  処理空間
２８  境界下端部
２９  シール面
３０  真空ポンプ
３２  支持テーブル
３４  試料
４０  突出部
４２  傾斜面
５０  Ｏリング（シール部材）
Ｆ  反応性ガス
Ｇ  隙間
【図１】
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【図２】
2006286714.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006286714.tif 000009
【図７】
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